橋梁工程畢業(yè)設計橋.doc

本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。目 錄引言1一設計方案簡述2二設計資料和結構尺寸32.1設計資料32.2結構尺寸42.3毛截面幾何特征5三內力計算73.1荷載橫向分布系數(shù)的計算73.2荷載內力計算133.3內力組合18四 預應力鋼筋設計204.1預應力鋼筋截面面積的估算204.2換算截面幾何特性計算214.3預應力損失計算22五截面強度與應力計算255.1截面強度驗算255.2截面應力計算255.3空心板的變形驗算30結論32謝辭33參考文獻34本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。引 言橋梁工程在工程規(guī)模上約占道路總造價的，橋梁工程在滿足其功能的前提下，還要考慮到橋梁的美觀和造價，而混凝土空心板橋梁正是滿足橋梁的功能要求又能保證其造價經(jīng)濟合理。近年來隨著科學技術的發(fā)展，出現(xiàn)了很多的新興的材料，出現(xiàn)了許多的新式建筑，預應力混凝土空心板橋梁由于自身的優(yōu)點，在國內外被廣為應用。橋梁工程在交通中占有重要的地位，我們要不斷的努力學習、發(fā)展、研究橋梁設計，這樣才能使橋梁工程不斷的發(fā)展進步，使其在交通中更充分的發(fā)揮其作用。本設計擬建龍泉河中橋是，位于河口鎮(zhèn)以北，西為劉家莊，東為李家莊。橋位區(qū)河床較順直，兩岸平坦開闊，地貌上屬長江三角洲沖積平原。兩岸標高為5.05.3m。擬建橋位區(qū)地下水類型屬第四系潛水，其水位受季節(jié)性影響較大，土層結構簡單，分布也比較均勻，在本次勘察深度內分為8個單元層。地下水埋深36m，含水層主要為粉細砂層，地下水水量較大；地表水為龍泉河河水。橋址范圍內無重大地質構造和不良地質現(xiàn)象，工程地質條件較好。經(jīng)本次勘查了解，擬建橋位區(qū)內土層分布均勻，層位穩(wěn)定，工程性質較好。在第一章是設計方法的選擇，介紹了主要的設計方法；第二章中介紹了本次設計的設計資料和結構尺寸的選擇，進行了截面的設計；第三章為橋面板的內力計算，在各種內力組合下對橋面板進行設計；第四章是預應力鋼筋的設計，主要是進行預應力鋼筋的選擇和驗算；第五章進行了橋面板的強度和應力的驗算。本設計就是根據(jù)上述的說明進行設計的，通過對這些內容的計算，使其達到國家規(guī)范的設計要求。一 設計方法簡述在本設計中采用了極限狀態(tài)法進行設計。在求橋面板橫向分布系數(shù)時有以下幾種方法可供選擇：1、 杠桿原理法進行荷載橫向分布計算時，假定是忽略主梁之間的橫向結構的聯(lián)系作用，即假定橋面板在主梁上斷開，而當作沿橫向支承在主梁上的簡之梁或懸臂梁來考慮。這樣計算的橫向分布系數(shù)，通常對于中間主梁會偏大些，而對于邊梁會偏小。2、 偏心壓力法計算荷載橫向分布適用于橋上具有可靠的橫向聯(lián)接，且橋的寬跨比小于或接近0.5的情況，用于計算跨中截面荷載橫向分布系數(shù)。應用偏心壓力法的基本前提是：車輛荷載作用下，中間橫梁可近似看作一根剛度無窮大的剛性梁。忽略主梁的抗扭剛度。3、 鉸接板法對于現(xiàn)澆混凝土縱向企口縫連接的裝配式板橋，其連接剛性比較薄弱，加之在構造上，企口縫的高度不大，可近似為數(shù)根并列而相互鉸接的板，故在工程上，采用橫向鉸接板法來計算橋跨中截面的荷載橫向分布系數(shù)。根據(jù)以上的分析，在計算邊跨荷載橫向分布系數(shù)是采用杠桿原理法，在計算中跨的荷載橫向分布系數(shù)是應用鉸接板法。極限狀態(tài)可分為兩類：一類為承載能力極限狀態(tài)；一類為正常使用極限狀態(tài)。1、 承載能力極限狀態(tài)對應于結構或構件達到最大承載能力，或達到不適合繼續(xù)承載的變形，其計算理論主要是以塑性理論為基礎2、 正常使用極限狀態(tài)對應于結構或構件達到正常使用和耐久的各項規(guī)定限值，它的計算理論為彈性理論或彈塑性理論，進行以下三個項目的校核：限制應力；短期荷載作用下的變形；在組合作用下的裂縫的寬度；考慮到橋梁的使用狀態(tài)，采用正常使用極限狀態(tài)分析更加的合理，故在進行荷載的驗算是采用正常使用極限狀態(tài)分析法。當橋梁的跨度增大時，橋梁的自重將明顯增加，部分混凝土將不能充分的發(fā)揮其作用，這時采用混凝土空心板，不僅可以減輕橋梁的自重，而且還能使混凝土充分的發(fā)揮其作用，提高了其使用的性能，減少了材料的浪費，從而降低了橋梁的造價；預應力技術的使用能有效的提高構件的剛度和抗裂的能力，改善橋面板的使用性能從而增加了結構的耐久性，此外預應力構件的抗疲勞能力較強；當使用高強度材料時，還可以減小構件的截面尺寸；預應力構件在施加預應力的同時，可以是構件產(chǎn)生反拱，減小了構件工作是的撓度，這些在橋梁設計中十分的重要。二 設計資料和結構尺寸2.1設計資料：2.1.1橋梁設計的基本資料：1、標準跨徑：16.00m 2、計算跨徑：15.60m 3、橋面凈空：m 4、設計荷載：汽車20 掛車100 5、人群荷載：3.0KN/m 6、鋼筋混凝土的資料：（1） 預應力鋼絞線：預應力鋼絞線（），其技術指標見表2-1：表2-1種類直徑彈性模量抗拉設計強度抗壓設計強度標準強度（）（2） 非預應力鋼筋：級鋼筋和級別螺紋鋼筋，其技術指標見表2-2：表2-2種類彈性模量抗拉設計強度抗壓設計強度標準強度（3） 混凝土：空心板、鉸接縫、橋面混凝土鋪裝層為C40，欄桿、人行道為C25，橋面面層為瀝青混凝土，混凝土技術指標見表2-3：表2-3種類設計強度標準強度彈性模量軸心抗壓軸心抗拉軸心抗壓軸心抗拉C2514.51.5517.51.90C40232.1528.02.602.1.2水文地質條件：擬建龍泉河中橋是二跨橋梁，位于河口鎮(zhèn)以北，西為劉家莊，東為李家莊。橋位區(qū)河床較順直，兩岸平坦開闊，地貌上屬長江三角洲沖積平原。兩岸標高為5.05.3m。擬建橋位區(qū)地下水類型屬第四系潛水，其水位受季節(jié)性影響較大，土層結構簡單，分布也比較均勻，在本次勘察深度內分為8個單元層。地下水埋深36m，含水層主要為粉細砂層，地下水水量較大；地表水為龍泉河河水。2.2結構尺寸： 圖2- 1 結構尺寸圖2-2 截面尺寸2.3毛截面幾何特征：2.3.1毛截面面積：根據(jù)圖 2-2計算得：中板：同理可計算邊板：2.3.2毛截面重心位置：求全截面對板高處的靜矩，可以利用對稱性，只對鉸和圓對板高的靜矩，全截面對板高處的靜矩為：則毛截面重心距板高處的距離為：2.3.3毛截面對重心的慣性矩： 三 內力計算3.1荷載橫向分布系數(shù)的計算：3.1.1支座處的荷載橫向分布系數(shù)計算：按杠桿原理法計算，首先繪制橫向影響線圖，在橫向影響線上按最不利荷載布置，如圖3-1所示：90 90 90 1801800.5741.4651.465 90 90 90 1801.00.1090.5540.327圖3-1 最不利影響線布置 （1）1號板： （2）2號板： （3）3號板： （4）4號板：3.1.2跨中的荷載橫向分布系數(shù)的計算：預制板間采用企口縫連接，所以跨中的荷載橫向分布系數(shù)按鉸接板計算：（1）計算抗扭慣性矩： 本設計將空心板近似簡化為圖3-2所示的薄壁箱形截面來計算： 圖3-2 截面簡化其中： (2)計算剛度參數(shù)： （4） 荷載橫向分布影響線：本橋采用了16塊空心板，故采用劃分板組的方法，將2塊橋板合為一組，作為一板寬，利用公路橋梁荷載橫向分布計算中鉸接板荷載橫向分布影響線豎標表查出荷載橫向分布影響線。板組的剛度參數(shù)為：根據(jù)在0.060.08之間按直線內差法可求得的影響線豎標植，計算結果見表3-1：表3-1 影響線豎標值板號單位荷載作用位置（i號板中心）1234567810.063552541561030730520400340.083922681500840480280170130.06135725515610507205103903320.062542551941190730470320250.082682742021130640370230170.06125525619411907304603202530.061551942191731070680470370.081502022381821030600370280.06115519422017310706804603740.060941191732081681070730580.080841131822271781030640480.061094119173209169107073057首先繪制影響線于圖3-3中，根據(jù)“通規(guī)”要求，計算汽車荷載時，多車道折減系數(shù)分別為：三車道時、四車道時、五車道時，需要說明的是由于多車道折減系數(shù)的緣故，不見得橫向布置的車隊越多荷載橫向分布系數(shù)就越大。90 90 90 180180 180 90 90 90 90 90 90 72841832091448857111169209191156圖3-3 影響線圖1號板：汽車20：按四列布置：折減后：按三列布置：折減后：所以按三列布置取值：掛100：人群：2號板汽車20：按四列布置：折減后：按三列布置：折減后：所以按三列布置取值：掛100：人群：3號板汽車20：按四列布置：折減后：按三列布置：折減后：所以按四列布置取值：掛100：人群：4號板汽車20：按四列布置：折減后：按三列布置：折減后：所以按四列布置取值：掛100：人群：3.1.3荷載橫向分布系數(shù)匯總，見表3-2：表3-2 荷載橫向分布系數(shù)荷載類別1234汽車200.441.020.4240.7320.39460.7320.37860.732掛1000.2610.57930.21130.5540.20550.5540.19250.554人群0.4121.960.27700.17800.1380根據(jù)上述結果，可以繪出荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨變化情況，見圖3-4：0.510.2887.28870.98圖3-4 沿橋縱向m值的變化3.2荷載內力計算3.2.1恒載內力計算預制板的自重（第一期恒載）（用橫截面面積求）：中板：邊板： 橋面板間接頭（第二期荷載）：中板：邊板：欄桿、人行道、橋面鋪裝（第三期荷載）：橋面坡度以蓋梁做成面坡找平，橋面鋪裝10cm后瀝青混凝土，瀝青混凝土的密度取為人行道每側重：2.73KN/m欄桿每側重：1.5KN/m中板：邊板：主梁恒載總和（見表3-3）表3-3 恒載總和荷載板第一期恒載第二期恒載第三期恒載總和中板11.921.72.32315.95邊板12.680.857.54218.75主梁恒荷載內力計算計算公式：設x為計算截面離左支座的距離，并令，則主梁彎矩和剪力的計算公式分別為：恒荷載內力計算列于表3-4:表3-4恒荷載內力 內力項目支點30.4222.81513.3093.95.857.8第一期恒載中板362.6272158.646.5693793邊板385.7289.3168.849.574.298.9第二期恒載中板51.738.822.66.69.913.3邊板25.919.411.33.356.6第三期恒載中板70.65331913.118.1邊板229.4172.1100.429.444.158.8中板485363.7212.162.293.8124.4邊板570428250731101463.2.2活荷載內力計算利用影響線直接加載求活載內力，計算公式為：式中：所求截面的彎矩或剪力 汽車荷載的沖擊系數(shù) 多車道橋涵的汽車荷載折減系數(shù) 沿橋跨縱向與荷載位置對應的橫向分布系數(shù) 車輛荷載的軸重 沿橋跨縱向與荷載位置對應的內力影響線坐標值沖擊系數(shù)：因為1號板所受的內力最大，故對1號板進行活載內力求解，如果安全，那么其它的橋板也必然滿足荷載要求?？缰薪孛嫫?0：掛車100：人群荷載：1.0833.71.233圖3-5 跨中彎矩計算截面汽車20： 最大剪力對應的彎矩同截面處的彎矩掛車100：最大剪力處對應的彎矩為：人群荷載： 最大剪應力對應的彎矩為：1.3391.2982.412.1220.340.4170.6730.75圖3-6 1/4跨彎矩及剪力計算截面汽車20： 最大剪力對應的彎矩同截面處的彎矩掛車100：最大剪力處對應的彎矩同截面處的彎矩人群荷載： 最大剪應力對應的彎矩為：0.5310.8221.1951.310.4650.5420.80.875 圖3-7 1/8跨彎矩及剪力計算支座處剪力汽車20：掛車100：人群荷載：0.4170.4920.750.827圖3-8 支點處剪力計算3.3內力組合將1號板的內力組合計算列于表3-5中：表3-5 內力組合序號荷載類別彎矩剪力梁端1恒載250428570146110732汽車荷載901672467262523掛車荷載1262293229188714人群荷載91419103.72.75汽車+人991812658265.754.7630051468417513288713925337111592778139252354100977894397671055290224165104397661038275229166110.320.330.350.400.410.47120.320.330.340.360.420.4713提高后的452790108729923117014提高后的4397661038275229169控制設計的計算內力4527901087299231170四 預應力鋼筋設計4.1預應力鋼筋截面面積的估算預應力混凝土空心板中的預應力鋼筋的截面積，可按承載能力極限狀態(tài)來估算。此時預應力鋼筋達到抗拉設計強度，混凝土達到抗壓設計強度，具體可按下列公式進行計算： 式中：混凝土強度安全系數(shù)，去極限狀態(tài)法所得板跨中計算彎矩設計經(jīng)驗系數(shù)。取空心板厚度預應力鋼筋抗拉設計強度由，得，取則： 選用鋼絞線作為預應力鋼筋，每根鋼筋截面面積為，抗拉設計強度，因此所需鋼絞線根數(shù)為：根根據(jù)計算每塊板選用16根鋼絞線，鋼筋截面面積：。預應力混凝土空心板中的預應力鋼筋的凈保護層應為，因此預應力鋼筋的重心應距底邊緣為，設計中取，其布置如圖所示： 圖4-1 預應力鋼筋布置4.2換算截面幾何特性計算4.2.1換算截面面積式中：鋼絞線的彈性模量與混凝土的彈性模量的比值，4.2.2換算截面重心位置鋼絞線換算面對毛截面重心的靜矩換算截面中心對毛截面重心的偏離（向下）換算截面重心至截面上、下邊緣的距離：鋼絞線重心至換算截面重心的距離： 4.2.3換算截面的慣矩 4.2.4截面抗彎模量 4.3預應力損失計算 預應力鋼絞線控制張拉應力 1鋼絞線變形、回縮損失式中：鋼絞線回縮值，由公預規(guī)表5.2.7查得預應力鋼絞線的有效長度，這里為先張法臺座長假設為則： 2加熱養(yǎng)護損失 式中：預應力鋼絞線與張拉臺座之間的溫差，假設，則： 3鋼絞線松弛損失 根據(jù)公預規(guī)第5.2.10條規(guī)定，對于鋼絞線 4混凝土收縮和徐變損失混凝土因收縮和徐變引起的預應力損失應考慮非預應力鋼筋的影響，可按公預規(guī)附錄九所提供的方法計算，下面為沒有考慮非預應力鋼筋的影響的簡化計算： 式中：混凝土徐變系數(shù)，按相對溫度75%受荷齡期為28天考慮，查表得混凝土收縮應變終值，查表得：代入： 式中：則：將上述數(shù)值代入計算公式中：5永存預應力值總的預應力損失為：永存預應力值為：五 截面強度與應力計算5.1截面強度驗算 跨中截面彎矩值最大，故驗算跨中正截面強度，因為板的頂板承受壓力，先計算板的平均寬度和厚度。頂板的平均寬度為：頂板厚度為；可得：而： 可見：這說明腹板混凝土也參加了工作，把空心板截面近似為矩形孔，則：由上式得：式中：空心板截面抵抗彎矩： 通過驗算。式中：混凝土安全系數(shù)，由公預規(guī)查得5.2截面應力計算根據(jù)計算，跨中彎矩最大，支點剪力最大，因此截面應力計算僅計算跨中截面正應力和支點截面主應力（下面計算，利用了表3-5中的結果）：5.2.1跨中截面正應力計算：（1） 混凝土應力： 上緣： 下緣：式中：M使用彎矩，組合： 組合： ：永存預應力 組合： 組合： 在組合時，上緣正應力符合要求，下緣產(chǎn)生了拉應力。按A類受彎構件要求，拉應力極限值為：故。（2） 預應力鋼絞線的最大應力 仍然符合組合和組合兩種情況計算： 計算結果滿足要求。5.2.2支點截面主應力計算計算換算截面重心處的主應力，受彎構件剪應力計算公式如下：式中：Q為使用剪力 為中性軸一邊的截面面積對中性軸的靜矩 為腹板厚度， 靜矩： 組合：組合： 組合： 換算截面重心處混凝土的應力為：主拉應力： 主壓應力： 組合： 由以上計算可知支點截面主應力符合要求。 由計算結果可知，跨中截面正應力和支點截面主應力均滿足要求，由于簡支空心板橋各、截面應力均符合要求。5.2.3預加應力階段支點截面上緣拉應力驗算對于先張法預應力空心板，當放松預應力鋼絞線時，由于預加力作用，板在支點附近的上緣處將產(chǎn)生拉應力，板的自重對此有一定的抵消作用，但仍需對支點截面上緣拉應力進行驗算，以防止由于拉應力過大而產(chǎn)生開裂，出于安全考慮，下面的驗算將不計板的自重作用。當放松預應力鋼絞線時，預、應力的數(shù)值應為：張拉控制應力減出第一批預應力損失，即：故此時板上緣混凝土應力： 假設當混凝土強度達到70%時放松預應力鋼絞線。此時混凝土的抗拉標準強度值為： 按照公預規(guī)規(guī)定在不設非預應力鋼筋的預拉區(qū)： 在設置非預應力鋼筋的預拉區(qū)： 由所以不僅需要配置非預應力鋼筋，還應降低支座附近截面的預應力值，以避免由于預拉區(qū)內預拉應力大而產(chǎn)生板的上緣開裂。 現(xiàn)假設支座附近有8根預應力鋼絞線作用，其余8根鋼絞線利用塑料套管使其與混凝土不粘結，則在支點附近預壓力：在空心板上緣支座附近布置4根的非預應力鋼筋，其面積為：，普通鋼筋布置如圖5-1所示：圖5-1 普通鋼筋布置根據(jù)圖5-1可計算截面特性如下： 則混凝土的應力為：上緣： 下緣：通過上述設計和計算可知，采用套管使鋼絞線與混凝土不粘結及增設非預應力鋼筋的方法可以使空心板支座附近上緣預拉區(qū)的應力滿足要求。5.3空心板的變形驗算橋梁設計中，除了對主梁進行強度計算和應力驗算外，還要計算梁的變形，即計算梁在和作用下的豎向撓度，以確保結構具有足夠的剛度，橋梁的撓度，按產(chǎn)生的原因可分為恒載撓度（包括預應力等作用）和活載撓度。公預規(guī)規(guī)定，對于鋼筋混凝土及預應力混凝土梁式橋，以汽車荷載（不計沖擊力）計算上部結構跨中最大撓度，不得超過，當用平板掛車和履帶荷載驗算是，撓度可增加20%，既， 為計算跨徑。1 恒載撓度 =根據(jù)公預規(guī)附錄四規(guī)定，則： =5.062 預應力反撓度 =5.563 靜活載下的撓度 式中：為不計沖擊作用的靜活載跨中最大彎距查表3-5得：=322 4 恒載活載引起的總撓度 所以 計算變形滿足要求結 論通過對預應力混凝土空心板橋的設計，得出以下結論： 1、空心板橋梁優(yōu)化了橋梁的結構，使所用材料充分發(fā)揮其作用，降低了橋梁的造價。 2、預應力混凝土的使用提高了橋梁的抗疲勞能力，增加了結構的耐久性。 3、提高了橋梁的抗彎能力，避免了產(chǎn)生大的裂縫。4、通過對橋梁的計算，已經(jīng)達到國家規(guī)范的設計要求。本設計是對混凝土空心板橋梁上部結構的簡單設計，更詳細更具體的設計還需要我們去繼續(xù)的學習和鉆研。本設計只是針對橋梁的上部結構的設計，更完整的設計還包括橋梁的施工、橋墩及承臺等的